JPS61112902A - 非接触変位測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、測定対象物の変位および距離測定を行うだ
めの非接触変位測定装置に係り、特に測定対象物の変位
と変位出力のりニアリティ改善を行わしめる非接触変位
測定装置に関する。

（ロ）従来技術 一般に測定対象物の変位および距離測定を行うものとし
て、例えば第４図のブロック図に示す如き非接触変位測
定装置が知られている。ここで、同図を参照して従来例
を以下説明すると共に、その問題点を指摘する。

まず、送光回路１から射出した光を送光レンズ２を通し
て測定対象物３に当て、この測定対象物３にて反射され
た光は受光レンズ４にて結像され、この結像光が受光素
子５の任意の位置を照射する。

このとき素子５の中央からΔＬだけ変位したところが照
射された場合、次式が成り立つ（第３図ｆａｌ参照）。

そして、受光素子５からＩ、　、１２なる二つの光電流
を出力したものを電流−電圧変換回路６ａ、６ｂにより
、 Ｖ、＝−Ｒｆ　・Ｉ。

Ｖ２＝−Ｒｆ　・Ｔ、、　　　　　　・−・＠が得られ
る。

■、■式より Ｚｌ。

となる。

次いで減算回路６で求めた値を、加算回路７で求めた値
にて除算回路８でもって除算すれば、Ｖ、−１−Ｖ２　
　　　Ｌ 点の変位に比例した変位出力を得ることができる。

しかして、測定対象物３の変位ΔＸと受光素子５」二の
照射点の変位ΔＬとでは第３図中）より次の関係がある
。

■式より測定対象物３の変位ΔＸと受光素子５上のΔＬ
とは比例しなくなる。つまりリニアリティ　（直線性）
がないということとなる。

従って、上記構成の非接触変位測定装置によって得られ
た変位出力を、別途設けた補正回路でもってリニアリテ
ィの補正をしなければならないという問題がある。

（ハ）目的 この発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
で補正回路等を必要とせず、測定対象物の変位と変位出
力とのリニアリティ改善を容易に行わしめることのでき
る非接触変位測定装置を提供することを目的としている
。

（ニ）構成 この発明に係る非接触変位測定装置の特徴とする処は、
送光回路から測定対象物に対して射出した光が前記測定
対象物にて反射され、この反射光が受光素子の任意の位
置を照射することにより、前記受光素子から光電流をｒ
、、Ｉ、として出力した位置を変位出力させることによ
り該測定対象物の変位および距離を測定する非接触変位
測定装置であって、前記受光素子から出力した光電流を
ない定数）によって変位出力せしめたことにある。

（ボ）実施例 第１図はこの発明に係る非接触変位測定装置の一実施例
を説明するブロック図である。同図において、１０は、
半導体レーザ或いは発光ダイオード等からなる発光素子
を駆動する送光回路である。

１１は、前記発光素子の光を集光し、測定対象物２゜の
表面上に光スポットを結像させる送光レンズである。

３０は、測定対象物２０からの反射光を受光素子３１の
表面に結像させる受光レンズである。この受光レンズ３
０にて結像された光スポットの光像の位置が受光素子３
１により光電流に変換される。なお、前記受光素子３１
は二つの光電流１．、Ｌを出力させるものである。

３２および３３は、前記受光素子３１にて出力された二
つの光電流Ｉ、、Ｉ２を電圧信号にそれぞれ個別に変換
する電流−電圧変換回路である。

３４は、前記電流−電圧変換回路３２からの出力信号が
入力したときに同一信号を出力するアンプゲインである
。３５は、前記電流−電圧変換回路３３がら与えられる
出力信号のに倍の出力信号を出力するアンプゲインであ
る。但し、Ｋは１でない定数とする。

３６はアンプゲイン３４．３５の出力の差を計算する減
算回路、３７はアンプゲイン３４．３５の出力の和を計
算する加算回路である。

３８は、前記減算回路３６で減算された出力を、前記加
算回路３７で加算された出力で除算して、前記受光素子
３１の表面の光像の変位量を出力する除算回路である。

上記構成の非接触変位測定装置の動作理論を以下説明す
る。

第１図に示ずＶｌ、■２は次式で表される。

となる。

めると、 ｖ１Ｖ２　　　（Ｉ　　Ｋ）Ｌ　　−３ｘ　　　ｆ（１
，＋ＫＶｌ　＋　Ｖ２’　　（１＋Ｋ）　Ｌ　　・Ｓｘ
＋　（（Ｋ　　１）Ｓｙｓｉｎ　θ−（Ｋ−１）ｌ、ｃ
ｏｓ　θ）ΔＸ）３ｙｓｉｎ　θ−（１＋Ｋ）　Ｌ　ｃ
ｏｓ　θ夛ΔＸである。

いまここて、 （Ｋ　−１）　Ｓ　ｙｓｉｎ　θ−（１＋Ｋ）　Ｌ　ｃ
ｏｓ　θとなるようにＫを選択すると、 かる。

なお、０式では確かに測定対象物２０の変位ΔＸこれは
受光素子３０の中央に光を照射している時、ｖＩ十■２ 値を出すことを意味する。そこで、これを無くするには
、例えば基準距離の変更、受光素子３ｏの移動或いは回
路的にシフトするなどの方法にて解決されるが、この実
施例では以下の方法をとる。

即ち、第２図において変位出力は次式のようになる。

そして０式を用いて、 （１＋Ｋ）Ｓｘ−Ｌ　＋　（（Ｋ−１）３ｙｓｉｎ　θ
−（１４Ｋ）　Ｌ　ｃｏｓ　θ）ΔＸとなす。従って、 ろ　Ｘ　φ　Ｌ となり、シフト環が完全になく、且つ、変位出力とΔＸ
は比例することになる。

なお、上記実施例で説明したＫは理想的な場合であり、
現実的にはレンズ系の収差、受光素子３０そのものの非
直線性等によって計算したＫとはやや異なることも有り
得る。

また、アンプゲイン３４．３５のゲインは抵抗等にて可
変することができることは言うまでもない。

さらに、上記実施例では、電流−電圧変換回路３２．３
３の出力をアンプゲイン３４．３５を通しているが、こ
の発明はこれに限定されるものでなく、該電流−電圧変
換回路３３のみでに倍させるものであってもよいことは
勿論である。

（へ）効果 この発明によれば、上記詳説した如く、受光素子から出
力した光電流■３、■２のうち■２をに倍させて、前記
１１とＫＩ２との減算および加算をし、次いで前記減算
されたものを前記加算されたもので除算させるから、変
位出力と測定対象物　　　　　　　。

の変位とを比例にすることができるため、従来のような
補正回路を必要とせず、きわめて容易にリニアリティの
改善を図り得た。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る非接触変位測定装置の一実施例
を説明するブロック図、第２図はこの発明装置の動作を
説明するためのブロック図、第３図（ａ）は受光素子の
概略を示す説明図、第３図（ｂ）は測定対象物の変位を
示す説明図、第４図は従来使用されていた非接触変位測
定装置の一例を示すブロック図である。 １０・・・送光回路、２０・・・測定対象物、３１・・
・受光素子、３２．３３・・・電流−電圧変換回路、３
４．３５・・・アンプゲイン、３６・・・減算回路、３
７・・・加算回路、３８・・・除算回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）送光回路から測定対象物に対して射出した光が前
   記測定対象物にて反射され、この反射光が受光素子の任
   意の位置を照射することにより、前記受光素子から光電
   流をＩ＿１、Ｉ＿２として出力させて、（Ｉ＿１−Ｉ＿
   ２）／（Ｉ＿１＋Ｉ＿２）でもって前記反射光が照射し
   た位置を変位出力させることにより該測定対象物の変位
   および距離を測定する非接触変位測定装置において、前
   記受光素子より出力した光電流を、（Ｉ＿１−ＫＩ＿２
   ）／（Ｉ＿１＋ＫＩ＿２）或いは（Ｉ＿１−Ｉ＿２）／
   （Ｉ＿１＋ＫＩ＿２）（Ｋは１でない定数）によって変
   位出力せしめたことを特徴とする非接触変位測定装置。